KR20220116827A

KR20220116827A - 로터리 킬른

Info

Publication number: KR20220116827A
Application number: KR1020210020172A
Authority: KR
Inventors: 김도영; 류창석; 노준석; 윤종설; 고영민; 오명환
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2021-02-15
Filing date: 2021-02-15
Publication date: 2022-08-23

Abstract

본 발명은 로터리 킬른에 관한 것으로서, 소성튜브의 내부에서 소성 재료의 혼합이 원활하게 이루어지도록 하고, 소성튜브 내벽에서 중심으로 반응 가스가 순환하는 흐름을 형성하여, 소성튜브 내부의 소성 재료에 균일하게 반응 가스를 공급하며, 이로써 소성튜브 전체의 열 편차를 개선할 수 있는 로터리 킬른에 관한 것이다.
본 발명에 따른 로터리 킬른은, 분말 원료를 혼합함과 동시에 가열하는 원료 소성장치를 포함하며, 원료 소성장치는, 중공이 형성된 본체, 본체에 구비되고, 소성튜브에 열을 공급하는 열 공급부, 본체의 중공에 구비되며, 수평방향으로 회전 가능하게 구비되는 소성튜브, 소성튜브 내부에 구비되며, 주입된 분말 원료와 반응 가스를 혼합시키는 방해 구조체를 포함하고, 방해 구조체는, 소성튜브의 중심부에 위치하며, 소성튜브의 길이 방향으로 형성되는 중심축 및 중심축에서 방사 방향으로 구비되는 방해판을 포함하고, 방해판에는, 소성튜브의 내벽면으로 반응 가스를 분사하는 가스 분사홀이 형성된다.

Description

로터리 킬른 {ROTARY KILN}

본 발명은 로터리 킬른에 관한 것으로서, 소성튜브의 내부에서 소성 재료의 혼합이 원활하게 이루어지도록 하고, 소성튜브 내벽에서 중심으로 반응 가스가 순환하는 흐름을 형성하여, 소성튜브 내부의 소성 재료에 균일하게 반응 가스를 공급하며, 이로써 소성튜브 전체의 열 편차를 개선할 수 있는 로터리 킬른에 관한 것이다.

일반적으로 이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하며, 이러한 이차전지는 폰, 노트북 컴퓨터 및 캠코더 등의 첨단 전자 기기 분야에서 널리 사용되고 있다.

특히 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 이러한 이차전지 중 리튬 이차전지는 높은 에너지 밀도와 전압을 가지며, 사이클 수명이 길고, 자기방전율이 낮기 때문에 상용화되어 널리 사용되고 있다.

한편, 상기 리튬 이차전지는 양극활물질로 리튬 전이금속 산화물이 이용되고 있다. 즉, 양극활물질로는 작용전압이 높고 용량 특성이 우수한 리튬 코발트 산화물, 약 200 mAh/g의 높은 가역용량을 가지고 대용량의 전지 구현이 용이한 리튬 니켈 산화물, 니켈의 일부를 코발트로 치환한 리튬니켈코발트산화물, 니켈의 일부를 망간, 코발트 또는 알루미늄으로 치환한 리튬니켈코발트금속 산화물, 열적 안정성이 우수하고 저렴한 리튬 망간계 산화물, 안정성이 우수한 리튬철인산화물 등이 이용되고 있다. 상기한 양극 활물질은 양극 활물질 제조용 전구체와 리튬 원료물질(이하, 분말 원료라 함)을 혼합한 후, 가열 장치에 투입하여 고온에서 소성하는 방법을 통해 제조된다.

이차전지 양극재 제조용 소성 장치는 일반적으로 RHK 장치(Roller Hearth Kiln)가 사용되고 있다. RHK 장치는 소성 재료를 내화갑에 채우고, 내화갑들을 다층으로 적층 및 나열하여 소성로로 진입시켜 일정시간 고온으로 소성하는 방식으로 진행된다. 그러나, RHK 장치는 스탭식 공정 방식이며, 내화갑 위치에 따른 온도 구배가 발생할 수 있어, 연속 제조 공정에는 한계가 있다.

이에 소성 장치로 로터리 킬른(Rotary Kiln)이 적용될 수 있다. 로터리 킬른은 도 1에 도시된 바와 같이 원료 공급장치, 원료 소성장치 및 원료 회수장치를 포함할 수 있으며, 원료 공급장치로부터 소성 재료인 분말 원료를 공급받아, 원료 소성장치의 소성튜브에서 수평방향으로 회전시켜 혼합한다. 로터리 킬른은 회전튜브의 회전을 통해 소성 재료의 유동성을 확보할 수 있으며, 연속적인 재료 공급을 통해 RHK 장치 대비 균일성과 연속성에서 이점이 있다.

그러나, 로터리 킬른은 분말 원료에 열이 전달되기 전에 용기 및 외부로부터 가열되는 전도 형식의 열전달 방식으로 분말 원료를 소성하므로, 분말 원료를 반응시키기 위한 열평형(승온 온도)에 이르기까지 많은 시간이 소요되고, 국부적으로 온도 편차가 발생하는 문제점이 있다.

이에 상기한 문제점을 해결하고, 그와 함께 회전튜브 내 분말 원료의 텀블링(tumbling) 및 반응 가스의 원활한 공급이 이루어지도록 하여 로터리 킬른의 장점을 극대화할 수 있는 장치의 개발이 필요한 실정이다.

본 발명은 위와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 소성튜브의 내부에서 소성 재료의 혼합이 원활하게 이루어지도록 하고, 소성튜브 내벽에서 중심으로 반응 가스가 순환하는 흐름을 형성하여, 소성튜브 내부의 소성 재료에 균일하게 반응 가스를 공급하며, 이로써 소성튜브 전체의 열 편차를 개선할 수 있는 로터리 킬른을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 로터리 킬른은, 분말 원료를 혼합함과 동시에 가열하는 원료 소성장치를 포함하며, 원료 소성장치는, 중공이 형성된 본체, 본체에 구비되고, 소성튜브에 열을 공급하는 열 공급부, 본체의 중공에 구비되며, 수평방향으로 회전 가능하게 구비되는 소성튜브, 소성튜브 내부에 구비되며, 주입된 분말 원료와 반응 가스를 혼합시키는 방해 구조체를 포함하고, 방해 구조체는, 소성튜브의 중심부에 위치하며, 소성튜브의 길이 방향으로 형성되는 중심축 및 중심축에서 방사 방향으로 구비되는 방해판을 포함하고, 방해판에는, 소성튜브의 내벽면으로 반응 가스를 분사하는 가스 분사홀이 형성된다.

방해 구조체는 중심축의 일측 단부에 구비된 가스 유입구를 더 포함하며, 가스 유입구로 유입된 반응 가스는 중심축의 내부를 통해 방해판의 내부로 공급되며, 가스 분사홀에서 분사될 수 있다.

방해판은 중심축에서 소성튜브 내벽면을 향하여 형성되며, 동일 평면 상에서 중심축의 길이 방향을 따라 이격되는 복수개의 제1 프레임을 포함할 수 있다.

방해판은 복수 개의 제1 프레임의 단부에서 소성튜브의 길이 방향을 따라 구비되는 제2 프레임을 더 포함할 수 있다.

가스 분사홀은 제2 프레임에 형성될 수 있다.

제2 프레임은, 소성튜브의 길이 방향을 따라 형성된 요홈을 포함하고, 가스 분사홀은, 요홈의 내부에 형성될 수 있다.

방해판은 중심축과 제2 프레임 사이에서, 소성튜브의 길이 방향을 따라 구비되는 제3 프레임을 더 포함할 수 있다.

방해판은 제1 프레임, 제2 프레임 및 제3 프레임이 격자 형태를 이루도록 구비될 수 있다.

방해 구조체는 중심축에서 서로 다른 방사 방향으로 세 개의 방해판이 구비되고, 세 개의 방해판은, 서로 120도의 각도를 이루도록 구비될 수 있다.

세 개의 방해판은 중심축에 구비된 복수 개의 제1 프레임이 중심축 상에서 서로 대응되는 위치에 구비될 수 있다.

본체는 단열 구조로 형성될 수 있다.

열 공급부는 소성튜브의 상하에 구비되는 전기로를 포함할 수 있다.

원료 소성장치는 소성튜브를 회전시키는 회전부를 더 포함할 수 있다.

원료 소성장치에 분말 원료와 반응 가스를 공급하는 원료 공급장치를 더 포함하며, 원료 공급장치는 분말 원료가 투입 및 저장되는 원료 투입부, 원료 투입부에 저장된 분말 원료를 원료 소성장치에 공급하는 이송부 및 원료 소성장치에 가스를 공급하는 가스 투입부를 포함할 수 있다.

원료 소성장치를 통해 소성이 완료된 분말 원료를 회수하는 원료 회수장치를 더 포함하며, 원료 회수장치는, 원료 소성장치를 통해 소성이 완료된 분말 원료를 회수하는 회수부 및 원료 소성장치에서 반응이 완료된 반응 가스를 배출하는 가스 배출부를 포함할 수 있다.

가스 분사홀은 제1 프레임의 단부에 형성될 수 있다.

세 개의 방해판은 중심축에 구비된 복수 개의 제1 프레임이 서로 엇갈리도록 구비될 수 있다.

본 발명에 따른 로터리 킬른은, 분말 원료를 혼합함과 동시에 가열하는 원료 소성장치를 포함하며, 원료 소성장치는 중공이 형성된 본체, 본체에 구비되고 소성튜브에 열을 공급하는 열 공급부, 본체의 중공에 구비되며 수평방향으로 회전 가능하게 구비되는 소성튜브, 소성튜브 내부에 구비되며 주입된 분말 원료와 반응 가스를 혼합시키는 방해 구조체를 포함하고, 방해 구조체는 소성튜브의 중심부에 위치하며 소성튜브의 길이 방향으로 형성되는 중심축 및 중심축에서 방사 방향으로 구비되는 방해판을 포함하고, 방해판에는 소성튜브의 내벽면으로 반응 가스를 분사하는 가스 분사홀이 형성되며, 그에 따라 소성튜브의 내부에서 소성 재료의 혼합이 원활하게 이루어지도록 하고, 소성튜브 내벽에서 중심으로 반응 가스가 순환하는 흐름을 형성하여, 소성튜브 내부의 소성 재료에 균일하게 반응 가스를 공급하며, 소성튜브 전체의 열 편차를 개선할 수 있다.

도 1은 종래의 로터리 킬른을 측면에서 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 로터리 킬른을 측면에서 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 로터리 킬른의 소성튜브 및 방해 구조체를 도시한 투시 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 로터리 킬른의 방해 구조체를 도시한 투시 사시도이다.
도 5는 도 4의 A-A'를 따라 절단한 후 바라본 모습을 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예 2에 따른 로터리 킬른의 방해 구조체를 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예 3에 따른 로터리 킬른의 방해 구조체를 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예 3에 따른 로터리 킬른의 방해 구조체를 측면에서 도시한 투시도이다.

이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분 또는 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하였으며, 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서는, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호를 붙이도록 한다

또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

실시예 1

도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 로터리 킬른을 측면에서 도시한 단면도이다. 도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 로터리 킬른의 소성튜브 및 방해 구조체를 도시한 투시 사시도이다. 도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 로터리 킬른의 방해 구조체를 도시한 투시 사시도이다. 도 5는 도 4의 A-A'를 따라 절단한 후 바라본 모습을 도시한 단면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예 1에 따른 로터리 킬른은 원료 소성장치(100), 원료 공급장치(200) 및 원료 회수장치(300)를 포함할 수 있다.

원료 소성장치(100)는 원료 공급장치(200)의 원료 투입부(210)로부터 공급된 분말 원료를 혼합함과 동시에 가열하는 장치이며, 아래에서 상세히 설명한다.

원료 공급장치(200)는 원료 소성장치(100)에 소성 재료인 분말 원료와 반응 가스를 공급하는 장치이며, 원료 투입부(210), 이송부(220) 및 가스 투입부를 포함할 수 있다. 원료 투입부(210)에는 분말 원료가 투입 및 저장되며, 분말 원료는 양극 활물질 제조에 필요한 양극 활물질 제조용 전구체와 리튬 원료물질일 수 있다. 여기서 원료 투입부(210)는 호퍼(hopper)의 형태일 수 있다. 이송부(220)는 원료 투입부(210)에 저장된 분말 원료를 원료 소성장치(100)에 공급하며, 가스 투입부는 원료 소성장치(100)에 내부에 가스를 공급하여 분말 원료와 반응하도록 할 수 있다.

원료 회수장치(300)는 원료 소성장치(100)를 통해 소성이 완료된 분말 원료를 회수하는 장치이며, 회수부(310) 및 가스 배출부(320)를 포함할 수 있다. 회수부(310)는 원료 소성장치(100)를 통해 소성이 완료된 분말 원료를 회수할 수 있으며, 가스 배출부(320)는 원료 소성장치(100)에서 반응이 완료된 반응 가스를 배출할 수 있다.

이하 도 2 내지 도 5를 참조하여, 원료 소성장치(100)에 대해 상세히 설명한다. 원료 소성장치(100)는 본체(110), 열 공급부(120), 소성튜브(130) 및 방해 구조체(140)를 포함한다.

먼저 도 2를 참조하면, 본체(110)에는 중공이 형성되고, 상기 중공에는 소성튜브(130)가 구비되며, 열 공급부(120) 또한 본체(110)에 구비되어 소성튜브(130)에 열을 공급한다. 이때 본체(110)는 단열 구조로 형성되어 열 공급부(120) 및 열 공급부(120)로부터 열을 전달받은 소성튜브(130)의 열이 외부로 손실되는 것을 방지하여 열 효율을 높일 수 있다.

다음으로, 열 공급부(120)는 소성튜브(130)에 열을 공급하여 소성튜브(130) 내부의 분말 원료를 소성하는 역할을 하는 장치이다. 예를 들어, 열 공급부(120)는 전원에 의하여 발열하는 전기로일 수 있으며, 소성튜브(130)의 상하에 구비되어 소성튜브(130)에 열을 공급할 수 있다. 다만 열 공급부(120)의 종류 및 위치는 앞서 언급한 소성튜브(130) 상하에 구비된 전기로에 제한되지 않으며, 소성튜브(130) 내부의 소성 재료인 분말 원료에 열을 공급할 수 있는 다양한 방식의 열원을 포함할 수 있다.

소성튜브(130)는 본체(110)의 중공에 구비되며, 수평방향으로 회전 가능하게 구비된다. 소성튜브(130)는 내부에 소성 재료가 수용될 수 있도록 공간이 형성된 중공형의 원기둥 형태이며, 소성튜브(130)의 재질은 쿼츠, 뮬라이트, 알루미나, 질화 알루미늄, 질화 규소, 탄소강, 중크롬강, sus강, ferrite계 강, austenite강, martensite계 강 등의 세라믹 혹은 금속 재질 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예 1에 따른 로터리 킬른의 원료 소성장치(100)는 방해 구조체(140)를 더 포함할 수 있다. 방해 구조체(140)는 소성튜브(130) 내부에 구비되어 주입된 분말 원료와 반응 가스를 혼합시키는 것으로, 중심축(141) 및 방해판(142)을 포함한다.

중심축(141)은 소성튜브(130) 내부 중심에서 위치하며, 소성튜브(130)의 길이 방향으로 형성된다. 중심축(141)은 후술할 방해판(142)의 지지 역할을 할 수 있으며, 형태의 제한은 없으나 바람직하게는 원기둥 형태로 형성될 수 있다. 중심축(141)은 쿼츠, 뮬라이트, 알루미나, 질화 알루미늄, 질화 규소, SiC, 탄소강, 중크롬강, sus강, ferrite계 강, austenite계 강, martensite계 강 등의 세라믹 혹은 금속 재질 중 어느 하나 또는 둘 이상의 소재를 포함하여 제작될 수 있다.

방해판(baffle)(142)은 중심축(141)에서 방사 방향, 즉 소성튜브(130)의 중심에 위치하는 중심축(141)에서 소성튜브(130)의 내벽면 방향으로 구비된다. 방해판(142)은 소성튜브(130) 내에서 분말 원료 및 반응 가스의 회전 흐름(rotation flow)을 방해하고 교반(攪拌)하는 역할을 하여, 분말 원료 및 반응 가스의 혼합이 원활히 이루어지도록 한다.

또한 본 발명의 실시예 1에 따른 방해 구조체(140)는 방해판(142)에 가스 분사홀(142-4)이 형성되어 소성튜브(130)의 내벽면으로 반응 가스를 분사한다. 이를 상세히 설명하면, 방해 구조체(140)를 형성하는 중심축(141)과 방해판(142)의 내부에는 가스가 이동할 수 있는 관(이 형성될 수 있으며, 외부로부터 반응 가스를 공급받아 중심축(141) 및 방해판(142)의 내부로 공급한 다음, 방해판(142)에 형성된 가스 분사홀(142-4)에서 소성튜브(130)의 내벽면으로 반응 가스를 분사한다.

이로써 본 발명의 실시예 1에 따른 로터리 킬른은 소성튜브(130)의 내부에 구비된 방해 구조체(140)에 의해 소성 재료의 혼합 또는 텀블링(tumbling)이 원활하게 이루어지도록 한다. 또한 소성튜브(130)의 내벽에서 중심으로 반응 가스가 순환하는 흐름을 형성하고, 이를 통해 소성튜브(130) 내부의 소성 재료에 균일하게 반응 가스를 공급하며, 소성튜브(130) 전체의 열 편차를 개선하여 반응의 균일성을 확보할 수 있다.

한편, 방해 구조체(140)는 중심축(141)의 단부에 형성되는 가스 유입구(143)를 더 포함할 수 있다. 가스 유입구(143)의 일 측은 소성튜브(130)의 외부에서 위치하여 원료 공급장치(200)의 가스 투입부로부터 가스를 공급 받으며, 타 측은 소성튜브(130) 내부에 위치하는 중심축(141)의 일측 단부에 형성되어 방해 구조체(140)로 반응 가스를 공급할 수 있다. 가스 유입구(143)로 유입된 반응 가스는 중심축(141)의 내부를 통해 방해판(142)의 내부로 공급되어, 가스 분사홀(142-4)에서 분사되며 분말 원료와 반응을 일으킨다.

이하 도 3 및 도 4를 참조하여, 방해판(142)의 상세한 구성에 대해 설명한다. 방해판(142)은 제1 프레임(142-1), 제2 프레임(142-2) 및 제3 프레임(142-3) 및 가스 분사홀(142-4)을 포함할 수 있다.

먼저 제1 프레임(142-1)은, 중심축(141)에서 소성튜브(130)의 내벽면을 향하여 형성되며, 동일한 평면 상에서 복수 개가 중심축(141)의 길이 방향을 따라 일정 간격만큼 이격되도록 구비될 수 있다. 제1 프레임(142-1)은 중심축(141)에서 수직 방향으로 형성될 수 있으며, 이외에도 중심 축과 평행하지 않고, 각을 이루도록 사선 방향으로 형성될 수도 있다. 이처럼 방해 구조체(140)의 중심축(141)에 제1 프레임(142-1)이 구비되는 경우, 회전하는 소성튜브(130)에서 분말 원료와 반응 가스가 소성튜브(130)의 길이방향으로 혼합이 이루어지도록 하는 교반 역할을 할 수 있다. 또한, 제1 프레임(142-1)이 중심축(141)에 이격된 채로 구비됨으로써, 방해판(142)이 분말 원료와 반응 가스의 흐름을 과도하게 방해하지 않고, 혼합이 적절하게 이루어지도록 할 수 있다.

다음으로 제2 프레임(142-2)은 복수 개의 제1 프레임(142-1)의 단부에서 소성튜브(130)의 길이 방향을 따라 구비되며, 동일 평면 상에 형성된 복수 개의 제1 프레임(142-1)을 모두 연결하는 하나의 제2 프레임(142-2)으로 구비될 수 있다. 이때 제2 프레임(142-2)은 중심축(141)과 평행하게 구비될 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며 방해 및 교반 효과를 극대화하기 위해 중심축(141)과 각도를 이루는 사선 형태로 구비될 수도 있다.

또한 제2 프레임(142-2)에는 제2 프레임(142-2)의 길이 방향을 따라 복수 개의 가스 분사홀(142-4)이 형성될 수 있으며, 제2 프레임(142-2)에 소성튜브(130)의 길이 방향을 따라 요홈(H)이 형성되는 경우, 가스 분사홀(142-4)은 요홈(H)의 내부에 형성될 수 있다. 이처럼 가스 분사홀(142-4)이 소성튜브(130)의 내벽면에 인접하는 제2 프레임(142-2)에 형성되는 경우, 소성튜브(130)의 내벽면에 인접하게 위치하는 분말 원료에 반응 가스를 효과적으로 공급할 수 있다. 또한, 가스 분사홀(142-4)이 요홈(H)의 내부에 형성되는 경우, 분말 원료에 의한 가스 분사홀(142-4)의 오염이나 막힘을 방지할 수 있어 장치의 성능 및 수명이 개선될 수 있다.

제3 프레임(142-3)은 중심축(141)과 제2 프레임(142-2) 사이에서, 제1 프레임(142-1)과 결합된 채로 소성튜브(130)의 길이 방향을 따라 구비될 수 있다. 즉 소성튜브(130)의 길이 방향을 따라 구비됨으로써, 제2 프레임(142-2)과 함께 소성 재료인 분말 원료 및 반응 가스의 교반 효과를 향상시킬 수 있으며, 중심 축과 제2 프레임(142-2) 사이에서 제1 프레임(142-1)에 결합된 채로 구비됨으로써, 제1 프레임(142-1)을 구조적으로 보강할 수 있다.

이처럼 방해판(142)은 제1 프레임(142-1), 제2 프레임(142-2) 및 제3 프레임(142-3)이 격자 형태를 이루도록 구비될 수 있으며, 이로써 회전하는 소성튜브(130) 내에서 분말 원료 및 반응 가스의 흐름을 과도하게 방해하지 않으면서, 효과적으로 혼합이 일어나도록 할 수 있다.

이처럼 방해판(142)은 소성튜브(130) 내의 소성재료들을 효과적으로 혼합할 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 중심축(141)에 제1 프레임(142-1)만 구비된 구조(실시예 2) 또는 중심축(141)에 제1 프레임(142-1) 및 제2 프레임(142-2)만이 구비된 구조로 형성될 수 있다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예 1에 따른 방해 구조체(140)는 중심축(141)에서 서로 다른 방사 방향으로 세 개의 방해판(142)이 구비되고, 세 개의 방해판(142)은 서로 120도의 각도를 이루도록 구비될 수 있다. 또한, 세 개의 방해판(142)은 상기 중심축(141)에 구비된 복수 개의 제1 프레임(142-1)이 상기 중심축(141) 상에서 서로 대응되는 위치에 구비될 수 있다.

예를 들어, 중심축(141)에 서로 다른 방사 방향으로 제1 방해판, 제2 방해판 및 제3 방해판이 구비되는 경우, 상기 제1,2,3 방해판은 각각 중심축(141)의 길이 방향을 따라 형성되며, 상호간 120도의 각도를 이루도록 구비될 수 있다. 또한, 제1 방해판에 포함되는 복수 개의 제1 프레임과, 제2 방해판에 포함되는 복수 개의 제1 프레임(142-1)과, 제3 방해판에 포함되는 복수 개의 제1 프레임(142-1)은 중심축(141)에 위치하되, 중심축(141)의 길이 방향을 기준으로 같은 위치에 구비될 수 있다.

이처럼 방해 구조체(140)가 복수 개의 방해판(142)을 구비하는 경우, 방해 구조체(140)의 혼합 또는 교반 능력을 보다 향상시킬 수 있고, 상호간에 동일한 각도를 이루도록 구비되는 경우, 방해 구조체(140)의 구조적 안정성을 도모할 수 있으며, 분말 원료를 균일하게 혼합할 수 있다.

그 외에 원료 소성장치(100)는 소성튜브(130)를 회전시키는 회전부(150)를 더 포함할 수 있다. 회전부(150)는 소성튜브(130)를 감싸는 형태로 결합되는 구동기어(도면부호 미표시)와 구동기어를 회전시키는 구동모터(도면부호 미표시)를 포함할 수 있다.

실시예 2

도 6은 본 발명의 실시예 2에 따른 로터리 킬른의 방해 구조체를 도시한 사시도이다.

본 발명의 실시예 2에서는, 방해 구조체(140)의 방해판(142)이 제1 프레임(142-1)만을 포함하며, 제1 프레임(142-1)에 가스 분사홀(142-4)이 형성된 점에서 실시예 1과 차이가 있다. 실시예 1과 공통된 내용은 가급적 생략하고 차이점 중심으로 실시예 2에 대해서 설명하기로 한다. 즉, 실시예 2에서 설명하지 않은 내용이 필요한 경우 실시예 1의 내용으로 간주될 수 있음은 자명하다.

본 발명의 실시예 2에 따른 로터리 킬른은 분말 원료를 혼합함과 동시에 가열하는 원료 소성장치(100)를 포함하며, 원료 소성장치(100)는 중공이 형성된 본체(110), 본체(110)에 구비되고 상기 소성튜브(130)에 열을 공급하는 열 공급부(120), 본체(110)의 중공에 구비되며, 수평방향으로 회전 가능하게 구비되는 소성튜브(130) 및 상기 소성튜브(130) 내부에 구비되며, 주입된 분말 원료와 반응 가스를 혼합시키는 방해 구조체(140)를 포함한다. 방해 구조체(140)는 소성튜브(130)의 중심부에 위치하며, 소성튜브(130)의 길이 방향으로 형성되는 중심축(141) 및 중심축(141)에서 방사 방향으로 구비되는 방해판(142)을 포함하고, 방해판(142)에는 소성튜브(130)의 내벽면으로 반응 가스를 분사하는 가스 분사홀(142-4)이 형성된다.

또한 방해판(142)은 중심축(141)에서 상기 소성튜브(130)의 내벽면을 향하여 형성되며, 동일 평면 상에서 상기 중심축(141)의 길이 방향을 따라 이격되는 복수개의 제1 프레임(142-1)을 포함할 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 2에 따른 로터리 킬른의 가스 분사홀(142-4)은 제1 프레임(142-1)의 단부에 형성될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예 2에 따른 로터리 킬른은 보다 간이한 구조로 분말 원료와 반응 가스를 혼합하고 소성튜브(130) 내부에 균일하게 반응 가스를 공급할 수 있으며, 이를 통해 소성튜브(130) 전체의 열 편차를 개선할 수 있다.

실시예 3

도 7은 본 발명의 실시예 3에 따른 로터리 킬른의 방해 구조체를 도시한 사시도이다. 도 8은 본 발명의 실시예 3에 따른 로터리 킬른의 방해 구조체를 측면에서 도시한 투시도이다.

본 발명의 실시예 3에서는, 방해 구조체(140)의 중심축(141)에서 서로 다른 방사 방향으로 세 개의 방해판(142)이 구비되되, 세 개의 방해판(142)의 제1 프레임(142-1)이 중심축(141)에 구비된 위치가 상이한 점에서 실시예 1과 차이가 있다. 실시예 1과 공통된 내용은 가급적 생략하고 차이점 중심으로 실시예 3에 대해서 설명하기로 한다. 즉, 실시예 3에서 설명하지 않은 내용이 필요한 경우 실시예 1의 내용으로 간주될 수 있음은 자명하다.

본 발명의 실시예 3에 따른 로터리 킬른은 분말 원료를 혼합함과 동시에 가열하는 원료 소성장치(100)를 포함하며, 원료 소성장치(100)는 중공이 형성된 본체(110), 본체(110)에 구비되고 상기 소성튜브(130)에 열을 공급하는 열 공급부(120), 본체(110)의 중공에 구비되며, 수평방향으로 회전 가능하게 구비되는 소성튜브(130) 및 상기 소성튜브(130) 내부에 구비되며, 주입된 분말 원료와 반응 가스를 혼합시키는 방해 구조체(140)를 포함한다. 방해 구조체(140)는 소성튜브(130)의 중심부에 위치하며, 소성튜브(130)의 길이 방향으로 형성되는 중심축(141) 및 중심축(141)에서 방사 방향으로 구비되는 방해판(142)을 포함하고, 방해판(142)에는 소성튜브(130)의 내벽면으로 반응 가스를 분사하는 가스 분사홀(142-4)이 형성된다.

또한, 방해판(142)은 중심축(141)에서 상기 소성튜브(130) 내벽면을 향하여 형성되며, 동일 평면 상에서 상기 중심축(141)의 길이 방향을 따라 이격되는 복수개의 제1 프레임(142-1)을 포함할 수 있다. 방해 구조체(140)는 상기 중심축(141)에서 서로 다른 방사 방향으로 세 개의 방해판(142)이 구비되고, 세 개의 방해판(142)은 서로 120도의 각도를 이루도록 구비될 수 있다.

세 개의 방해판(142)은 중심축(141)에 구비된 복수 개의 제1 프레임(142-1)이 서로 엇갈리도록 구비될 수 있다. 예를 들어, 중심축(141)에 서로 다른 방사 방향으로 제1 방해판(142), 제2 방해판(142) 및 제3 방해판(142)이 구비되는 경우, 상기 제1,2,3 방해판(142)은 각각 중심축(141)의 길이 방향을 따라 형성되며, 상호간 120도의 각도를 이루도록 구비될 수 있다.

본 발명의 실시예 3에 따른 로터리 킬른의 방해판(142)은 제1 방해판(142)에 포함되는 복수 개의 제1 프레임(142-1)과, 제2 방해판(142)에 포함되는 복수 개의 제1 프레임(142-1)과, 제3 방해판(142)에 포함되는 복수 개의 제1 프레임(142-1)은 중심축(141)에 위치하되, 중심축(141)의 길이 방향을 기준으로 서로 다른 위치에 구비될 수 있다.

이를 통해, 본 발명의 실시예 3에 따른 로터리 킬른은 소성 재료인 분말 원료와 반응 가스의 혼합이 더욱 원활히 이루어지도록 하고, 반응 가스의 순환 흐름을 강하게 형성하여, 소성튜브(130) 전체의 열 편차 개선 효과를 극대화 할 수 있다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능하다.

100: 원료 소성장치
110: 본체
120: 열 공급부
130: 소성튜브
140: 방해 구조체
141: 중심축
142: 방해판
142-1: 제1 프레임
142-2: 제2 프레임
142-3: 제3 프레임
142-4: 가스 분사홀
143: 가스 유입구
150: 회전부
200: 원료 공급장치
210: 원료 투입부
220: 이송부
300: 원료 회수장치
310: 회수부
320: 가스 배출부
H: 요홈

Claims

분말 원료를 혼합함과 동시에 가열하는 원료 소성장치를 포함하며,
상기 원료 소성장치는,
중공이 형성된 본체;
상기 본체에 구비되고, 상기 소성튜브에 열을 공급하는 열 공급부;
상기 본체의 중공에 구비되며, 수평방향으로 회전 가능하게 구비되는 소성튜브; 및
상기 소성튜브 내부에 구비되며, 주입된 분말 원료와 반응 가스를 혼합시키는 방해 구조체를 포함하고,
상기 방해 구조체는,
상기 소성튜브의 중심부에 위치하며, 상기 소성튜브의 길이 방향으로 형성되는 중심축; 및
상기 중심축에서 방사 방향으로 구비되는 방해판을 포함하고,
상기 방해판에는,
상기 소성튜브의 내벽면으로 반응 가스를 분사하는 가스 분사홀이 형성되는 로터리 킬른.
제1항에 있어서,
상기 방해 구조체는,
상기 중심축의 일측 단부에 구비된 가스 유입구를 더 포함하며,
상기 가스 유입구로 유입된 반응 가스는 상기 중심축의 내부를 통해 상기 방해판의 내부로 공급되며, 상기 가스 분사홀에서 분사되는 것을 특징으로 하는 로터리 킬른.
제1항에 있어서,
상기 방해판은,
상기 중심축에서 상기 소성튜브 내벽면을 향하여 형성되며, 동일 평면 상에서 상기 중심축의 길이 방향을 따라 이격되는 복수개의 제1 프레임을 포함하는 로터리 킬른.
제3항에 있어서,
상기 방해판은,
상기 복수 개의 제1 프레임의 단부에서 상기 소성튜브의 길이 방향을 따라 구비되는 제2 프레임을 더 포함하는 로터리 킬른.
제4항에 있어서,
상기 가스 분사홀은,
상기 제2 프레임에 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리 킬른.
제4항에 있어서,
상기 제2 프레임은,
상기 소성튜브의 길이 방향을 따라 형성된 요홈을 포함하고,
상기 가스 분사홀은,
상기 요홈의 내부에 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리 킬른.
제4항에 있어서,
상기 방해판은,
상기 중심축과 상기 제2 프레임 사이에서, 상기 소성튜브의 길이 방향을 따라 구비되는 제3 프레임을 더 포함하는 로터리 킬른.
제7항에 있어서,
상기 방해판은,
상기 제1 프레임, 상기 제2 프레임 및 상기 제3 프레임이 격자 형태를 이루도록 구비되는 것을 특징으로 하는 로터리 킬른.
제3항에 있어서
상기 방해 구조체는,
상기 중심축에서 서로 다른 방사 방향으로 세 개의 방해판이 구비되고,
상기 세 개의 방해판은,
서로 120도의 각도를 이루도록 구비되는 것을 특징으로 하는 로터리 킬른.
제9항에 있어서,
상기 세 개의 방해판은,
상기 중심축에 구비된 복수 개의 제1 프레임이 상기 중심축 상에서 서로 대응되는 위치에 구비되는 것을 특징으로 하는 로터리 킬른.
제1항에 있어서,
상기 본체는,
단열 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리 킬른.
제1항에 있어서,
상기 열 공급부는,
상기 소성튜브의 상하에 구비되는 전기로를 포함하는 것을 특징으로 하는 로터리 킬른.
제1항에 있어서,
상기 원료 소성장치는,
상기 소성튜브를 회전시키는 회전부를 더 포함하는 로터리 킬른.
제1항에 있어서,
상기 원료 소성장치에 분말 원료와 반응 가스를 공급하는 원료 공급장치를 더 포함하며,
상기 원료 공급장치는,
분말 원료가 투입 및 저장되는 원료 투입부;
상기 원료 투입부에 저장된 분말 원료를 상기 원료 소성장치에 공급하는 이송부; 및
상기 원료 소성장치에 가스를 공급하는 가스 투입부를 포함하는 로터리 킬른.
제1항에 있어서,
상기 원료 소성장치를 통해 소성이 완료된 분말 원료를 회수하는 원료 회수장치를 더 포함하며,
상기 원료 회수장치는,
상기 원료 소성장치를 통해 소성이 완료된 분말 원료를 회수하는 회수부; 및
상기 원료 소성장치에서 반응이 완료된 반응 가스를 배출하는 가스 배출부를 포함하는 로터리 킬른.
제3항에 있어서,
상기 가스 분사홀은,
상기 제1 프레임의 단부에 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리 킬른.
제9항에 있어서,
상기 세 개의 방해판은,
상기 중심축에 구비된 복수 개의 제1 프레임이 서로 엇갈리도록 구비되는 것을 특징으로 하는 로터리 킬른.